JP5340381B2 - 電源システムを備えた建設機械及び産業車両 - Google Patents

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Description

本発明は、電源システムを備えた建設機械及び産業車両に係り、例えば、油圧ショベルやフォークリフト等に好適な電源システムを備えた建設機械及び産業車両に関する。
車両の駆動系にモータが用いられるハイブリッド自動車、電気自動車、あるいはバッテリフォークリフトなどでは、走行用のモータを駆動するためにバッテリを備え、該バッテリからインバータを介してモータに交流電力を供給している。
バッテリフォークリフト等の産業車両では、電源として鉛蓄電池を使用しているが、このような産業車両の走行時あるいは作業時における消費エネルギを考慮すると、バッテリの容量は大きくしておく必要がある。
なお、大容量のバッテリを搭載していても、搭載するバッテリとして鉛蓄電池を用いた場合には、鉛蓄電池は急速充電に適していないため回生制動する際の回生エネルギの殆どがロスとなり回収できないことがある。
そこで、近年では、バッテリとキャパシタを組合せて電源システムを構成し、負荷からのエネルギをキャパシタに蓄積し、さらに、蓄積したエネルギを瞬間的に負荷に供給できるようにすることで効率向上を図っている。
例えば、特許文献１には、バッテリとキャパシタを組合せた電源システムにおいて、充放電用キャパシタとバッテリとの間に電流電圧変換器を配置し、負荷であるモータが駆動制御されている際には前記キャパシタを放電経路に接続し、前記モータが回生制動されている際には前記キャパシタを充電経路に接続することにより、バッテリ等の電源の容量を少なくして、所望の必要最大エネルギを負荷に供給することが示されている。
特開２００２−３２０３０２号公報 特開２００６−３２１６４０号公報
前記従来技術である特許文献１によれば、回生エネルギを回収することが可能であり、また、バッテリあるいはキャパシタの容量を減らすことはできる。しかしながら、回生エネルギの回収、あるいはバッテリやキャパシタの容量の低減を実現するための方法の詳細について開示するものではない。
また特許文献２では、力行と回生を繰り返す場合にあらかじめ設定した条件のときのみ回生動作とすることで、回生エネルギの制御負担を軽減するものであるが、適用対象がクレーンにおけるフリーフォール時の回生といった単純な制御の場合には適用できても、油圧ショベルの旋回のように加速と制動が一連の動作の過程に存在し、力行と回生が切替わる場合には、電源システムの応答性が問題となり、適用は困難となる。
本発明はこれらの点に鑑みてなされたもので、回生エネルギを高効率で回収し、バッテリあるいはキャパシタの容量を低減することのできる制御技術を提供するものである。
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
充放電可能なキャパシタと、充放電可能なバッテリおよび前記キャパシタと力行及び回生可能な負荷とを接続する給電回路を備え、前記キャパシタに蓄積されたエネルギをインバータを介して負荷に給電し、負荷の回生エネルギを前記インバータを介してキャパシタに充電する電源システムを備えた建設機械又は産業車両において、
前記負荷が電動モータであり、かつ、前記キャパシタはＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に接続され、該ＤＣ／ＤＣコンバータは該ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記キャパシタが充放電するエネルギを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、モータの回転数とトルク、又は、インバータに供給されるＤＣ電流、又は、操作レバー情報、及び予め保持しておいた繰り返し作業における力行／回生の変化点を含む動作パターン情報に基づき、モータの力行／回生の変化点を含む動作パターンを推定する力行／回生動作推定手段を備え、この力行／回生動作推定手段が推定した変化点および動作パターンに基づいてキャパシタの目標電圧を、力行の場合は順次低くなるように、回生の場合は順次高くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータの出力指令値を制御するキャパシタ目標電圧演算手段を備えることを特徴とする電源システムを備えた。
本発明は、以上の構成を備えるため、回生エネルギを高効率で回収し、バッテリの容量を低減することができる。
第１の実施形態に係る電源システムを搭載したハイブリッド式油圧ショベルを説明する図である。 ハイブリッド式油圧ショベルの駆動部の構成および搭載した第１の実施形態にかかる電源システムの構成を示す図である 図２に示すコントローラの各機能を示すブロック図である。 旋回モータの旋回動作におけるキャパシタの目標電圧の変化例を示す図である。 コントローラの処理（キャパシタの電圧指令値を算出する処理）を説明する図である。 第２の実施形態に係る電源システムを搭載したフォークリフトを説明する図である。 図６に示すフォークリフトの構成及び搭載した電源システムの詳細を説明する図である。 フォークの上昇および下降時における各種の出力の変化を表す図である。
以下、最良の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る電源システムを搭載したハイブリッド式油圧ショベルを説明する図である。
図１において，油圧ショベルは，走行体４０１，旋回体４０２を有し、走行体４０１は走行用油圧モータ３３により駆動される。また、旋回体４０２の前部左側には運転席４０３が設けられ、前部右側にはブーム４０５，アーム４０６，バケット４０７を有する多関節構造の作業装置４００が設けられている。
ブーム４０５、アーム４０６，バケット４０７は，それぞれ油圧アクチュエータであるブームシリンダ３２ａ、アームシリンダ３２ｂ，バケットシリンダ３２ｃにより駆動される。
図２は、図１に示すハイブリッド式油圧ショベルの駆動部の構成および搭載した第１の実施形態にかかる電源システム１の構成を示す図である。
走行用油圧モータ３３および作業装置駆動用油圧アクチュエータ（アームシリンダ３２ｂ，バケットシリンダ３２ｃ）は、エンジン１０により駆動される油圧ポンプ３１から吐出される作動油にて駆動される。さらにエンジン１０にはモータジェネレータ８が接続され、モータジェネレータ８はエンジン１０により駆動され、また油圧ポンプ３１により駆動されて回生動作を行う。
走行用油圧モータ３３、アームシリンダ３２ｂおよびバケットシリンダ３２ｃはコントロールバルブ３４を介して各々油圧ポンプ３１と連通し、作動油が授受される。旋回体４０２は旋回用の交流モータ３６ａにより走行体４０１上で旋回可能である。旋回用モータ３６はインバータ３７ａを介して、またブーム駆動用モータ３６ｂはインバータ３７ｂを介して、バッテリ１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ１５に接続される。またＤＣ／ＤＣコンバータ１５はキャパシタ１３と接続し、モータ３６ａ，３６ｂとの間で力行／回生エネルギの授受を行う。
インバータ３７ａおよび３７ｂはコントローラ１１に接続され、コントローラ１１により制御される。なお、コントローラ１１は、図示しない操作レバーの操作量、車速や旋回速度などの車体情報の基となるモータトルクあるいは回転数、インバータの電流値、作業装置で掘削した土砂などの積載物の荷重などの情報を基に、電源システム１、エンジン１０により駆動されるモータジェネレータ８と接続されたインバータ９、及びエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５を制御する。
油圧ショベルなどの建設機械やフォークリフトなどの産業車両では、作業パターンがほぼ決まっているため、作業パターンをもとに必要な力行エネルギや発生する回生エネルギを推定しやすい。
すなわち、現在の動作状態と予め得られた動作パターン情報を用いることにより次の力行／回生の変化点（力行から回生あるいは回生から力行への動作の変化時点）を推定し、推定した変化時点に対応してキャパシタに入出力可能なエネルギを演算し、演算したエネルギに合わせてキャパシタ１３の目標電圧Ｖｃ＊を決定することができる。
本実施形態では、負荷であるモータ３６ａとキャパシタ１３の間にＤＣ／ＤＣコンバータ１４を設け、キャパシタ側の電圧を昇降圧を可能としている。ここでは、バッテリ１２の電圧が４８Ｖであるのに対して、キャパシタ１３側の電圧はたとえば４８Ｖ〜９０Ｖの電圧範囲で動作する。
この電源システム１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して、キャパシタ１３の充電量が不足しているときにバッテリ１２からキャパシタ１３に充電し、キャパシタ１３の充電量が充電可能な上限値に近くなったとき、あるいは達したときに、バッテリ１２を充電する。
ところで、鉛蓄電池は充電時における損失が大きいため、回生エネルギを効率よくバッテリに回収することができない．また、鉛蓄電池への充放電を大電流で繰り返すと、劣化を進めてしまい寿命が短くなる傾向にある。このため、旋回動作時において、モータによる力行と回生を繰返しおこなう場合、可能な限りキャパシタ１３による充放電を利用することが望ましい。これにより充放電によるエネルギ効率を向上させることができる。
図３は、図２に示すコントローラ１１の各機能を示すブロック図である。一般に、建設機械では繰り返し動作が多いため、力行と回生の変化点、例えば旋回動作なら加速から減速への変化点は、旋回角度や旋回速度からあらかじめわかる場合が多い。
本実施例における力行／回生動作推定手段１９は、操作レバーの操作量、旋回速度、旋回モータのトルク、各アクチュエータに設けたストロークセンサの情報などをもとに繰り返し作業における力行／回生の変化点を含む動作パターン情報をあらかじめ得て保持しておく。
そして、この保持しておいた動作パターン情報と、現在の動作情報をもとに次の力行／回生の変化点、及び該変化点を含む動作パターンを推定する。
例えば旋回用の交流モータ３６aが力行回転しているときは旋回加速中であり、このとき（現在）の旋回速度やモータトルク、旋回モータ用インバータの電流値と、前述のあらかじめ保持しておいた前記動作パターン情報から、いつ停止するための制動回生動作に変化するのかを（変化点を）推定することができる。
なお、変化の方向（力行から回生、または回生から力行）は、レバー操作から推定することができる。例えば、レバーの操作でブーム４０５あるいはアーム４０６が上げ動作（力行動作）の場合、次の動作は下げ動作である回生動作であると推定できる。
力行／回生エネルギ演算手段１６は、現在における旋回の加減速に必要な旋回用モータ３６ａのトルク、回転数の情報、予め保持しておいた動作パターンおよび動作推定手段１９が推定した変化点の情報をもとに、力行／回生動作変化点までの猶予時間および猶予時間までに要求される力行／回生エネルギを演算する。
キャパシタ入出力エネルギ演算手段１７は、負荷の力行／回生エネルギを全てキャパシタ１３から出力可能か、あるいはキャパシタが回生エネルギ全てを受け入れ可能か計算する。
バッテリ入出力エネルギ演算手段２０は、キャパシタ入出力エネルギ演算手段１７の前記計算結果をもとに、負荷が力行動作をする場合、バッテリ１２から放電する必要があるか、負荷が回生する場合にはバッテリ１２にも充電すべきかを計算する。
キャパシタ目標電圧演算手段１８は、力行／回生エネルギ演算手段１６で算出した力行／回生エネルギ演算に応じて、キャパシタ１３の目標電圧Ｖｃ＊を決める。例えば、回生時におけるキャパシタ１３の目標電圧Ｖｃ＊は、後述するように回生エネルギを可能な限りキャパシタ１３で受け入れられるような値に設定する。このとき、動作パターン情報に従ってＤＣ／ＤＣコンバータの電流を制御することにより、キャパシタ１３の目標電圧を適切に制御することができる。
以上説明したように、第１の実施形態においては、旋回時における旋回モータの動作パターン情報などをもとにキャパシタに充放電可能なエネルギ量Ｅを算出し目標電圧Ｖｃ＊を算出することができる。
回生時には、キャパシタ１３の目標電圧Ｖｃ＊を例えば旋回速度に基づく動作パターン情報に従って昇圧するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御することで、急激な目標電圧変化を回避しつつバッテリ１２が充電される状況を少なくし、バッテリへの充電による効率の低下を防ぐことができる。
また、キャパシタ１３の充放電電圧範囲を広くすることで、キャパシタ１３を小型化することが可能となる。
図４は、旋回モータの旋回動作におけるキャパシタの目標電圧の変化パターン例を示す図である。
キャパシタの目標電圧は、旋回開始時のＶｃｉから加速時の力行によるエネルギ消費にしたがって徐々に低下する。ＶｃｉがＶｃ１になった時点で力行から回生に変化し、回生時（減速時）のエネルギ回生により、Ｖｃｉは徐々に上昇して最終的にはＶｃｆとなって停止する。
ここで力行から回生へと変化するとき、キャパシタの目標電圧ＶｃｉがＶｃ１からＶｃ２へとステップ状に上昇するのは、摩擦などの機械的ロスおよびインバータの効率などに起因する電気的ロスにより力行で得た運動エネルギや位置エネルギをすべて回生過程で回収できないためである。同様に旋回動作の終了時点における目標電圧Ｖｃｆは開始時点Ｖｃｉに対してロス分を補うために高く設定される。
ここでコントローラの応答性が問題になるのは、力行から回生に変化するときの目標電圧の急な上昇であり、この変化点が予めわかっているとコントローラの応答性を見込んだ制御が可能となる。
図５は、コントローラ１１の処理（キャパシタの電圧指令値を算出する処理）を説明する図である。
図５のステップ４０において、レバーの操作量、旋回速度を入力する。
ステップ４１において、旋回用モータ３６ｂのトルク指令値Ｔｒｑ＊および回転速度ωｍを入力する。
ステップ４２において、これらの情報を用いて負荷の出力Ｐｍを計算する。例えば、旋回中における旋回モータの出力Ｐｍは、モータのトルク指令値Ｔｒｑ＊と回転速度ωｍを乗算して式（１）により算出する。
Ｐｍ ＝ Ｔｒｑ＊・ωｍ （１）
ここで、Ｐｍ＞０であるか否かにより、モータが駆動力を出力している（モータ力行時である）か、制動して回生をしている（回生時である）かを判断することができる。
なお、ここでは、モータのトルク指令値と回転速度を用いて判断したが、インバータ４に流れるＤＣ電流Ｉｄｃの正負から、電源装置へ放電しているのか又は電源装置から給電されているのかを判断することも可能である。また、負荷の出力Ｐｍは、ステップ４０において入力した操作レバーの操作量をもとに算出することも可能である。
ステップ４３において、バッテリ電流Ｉｂ、バッテリ電圧Ｖｂを入力する。
ステップ４４において、キャパシタ電圧Ｖｃ、キャパシタ電流Ｉｃを入力する。ここで、キャパシタ１３の目標電圧Ｖｃは、モータの力行時と回生時で異なり、バッテリ電圧Ｖｂやキャパシタ１３電圧Ｖｃに応じて決める。例えば、モータの力行時は、可能な限りキャパシタ１３に蓄積されたエネルギを消費させ、バッテリから放電しないようにする。
すなわち、キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂよりも高いときは、キャパシタ１３の目標電圧Ｖｃ＊を低下させ、キャパシタ１３から力行エネルギを取り出すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御する。また、モータの回生時は、可能な限りキャパシタ１３に回生エネルギを回収し、バッテリには充電しないようにする。
キャパシタ電圧Ｖｃが所定値よりも低いときは、キャパシタ１３の目標電圧Ｖｃ＊を上昇させて、キャパシタ１３に回生エネルギを回収するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御する。
ステップ４５において、入力したバッテリ電流Ｉｂ、バッテリ電圧Ｖｂ、キャパシタ電圧Ｖｃ、キャパシタ電流Ｉｃ、力行／回生エネルギＰｍ、位置エネルギをもとに、キャパシタに入出力可能なエネルギ量を推定する。
本実施形態において，キャパシタに入出力可能なエネルギ量は，現在のキャパシタ電圧Ｖｃに対して充放電可能なエネルギ量を逐次計算することにより実現できる。
力行時であれば，キャパシタ電圧Ｖｃが高いほど，放電可能なエネルギ量は多くなり，低くなるにつれて放電可能なエネルギ量は少なくなる。回生時であれば、キャパシタ電圧Ｖｃが低いほど，充電可能なエネルギ量は多くなり、キャパシタ電圧Ｖｃが高くなるにつれて、充電可能なエネルギ量は少なくなる。
すなわち，現在のキャパシタ電圧Ｖｃに対して，充放電可能なエネルギ量はあらかじめ決まっている。このため、キャパシタ電圧から入出力可能なエネルギを演算するには、予め得られた動作パターン情報にしたがったキャパシタ電圧と充放電可能なエネルギ量の関連をテーブルなどで保持しておけばよい。
次に、旋回動作における回生エネルギ量を算出し、算出したエネルギ量に基づき，ステップ４６にてキャパシタ１３の電圧指令値Ｖｃ＊を演算する。
すなわち，現在の旋回加速度あるいは旋回角度によって力行／回生動作変化点までの猶予時間がわかり、コントローラの応答遅れに見合った制御指令を力行と回生動作が変化する変化点以前に予め発行しておけばＤＣ／ＤＣコンバータの応答性が向上する。
ここで，空のバケットに積載物を積み込むための旋回動作を考える。旋回体のの慣性モーメントを I 、角速度 をωとすると，運動エネルギにより生じる回生エネルギは次式で表される。
Ｅｖ＝ＫｖＩω2 （２）
ここで、Ｋｖはあらかじめ設定した定数を示す。
運動エネルギーＥｖを回生する場合、摩擦に起因する機械的なロスなどにより、すべてのエネルギが回生可能ではないため、たとえば７０％程度が回生されると見積もる。この場合はＫｖ＝０．７となる。油圧ショベルやフォークリフトなどでは作業パターンが決まっているため、Ｋｖはほぼ一定とみなすことができる。よって，目標電圧Ｖｃ＊は次式で算出できる。
なお、Ｅｍａｘはキャパシタの定格で決まる蓄電可能なエネルギの最大値、Ｃはキャパシタの容量である。
Figure 0005340381
式（３）に示すように，現在の走行速度が大きいほど，又はリフトの高さおよび荷重が大きいほど，すなわち，運動エネルギや位置エネルギが大きいほど，目標電圧Ｖｃ＊を下げておくように制御する。
ステップ４７において，以上より算出した目標電圧Ｖｃ＊に応じて，ＤＣ／ＤＣコンバータの電流指令値を算出する。
上述した目標電圧Ｖｃ＊とキャパシタ１３に入出力可能なエネルギとの関係により、バッテリの充放電電流は下記のように決まる。
例えば、加速走行時にモータ３ａが力行する場合（Ｐｍ＞０）、キャパシタ１３から出力可能なエネルギと走行に必要なエネルギＥを比較し、全てキャパシタ１３から出力可能であれば、バッテリ１２から放電することなく負荷から要求されるエネルギを出力することが可能である。よって、放電時にはキャパシタの容量をＣ［Ｆ］とすると、Ｃ／２・（Ｖｃ＾２−Ｖｃ＊＾２）＝Ｅが成り立つような、目標電圧Ｖｃ＊を算出すればよい。よって、放電時には、目標電圧Ｖｃ＊になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１４を制御することで、キャパシタ１３から全エネルギを供給する。このとき、バッテリ１２からはエネルギを供給しない、すなわち、バッテリ電流Ｉｂ＝０となるように制御する。キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂ以下となった場合には、バッテリ１２から負荷へエネルギを供給するように制御する。
また、旋回時にモータ３６ａが回生エネルギを出力する場合（Ｐｍ≦０）、キャパシタ１３へ回収可能なエネルギと減速時において回生されるはずのエネルギとキャパシタ１３に蓄電可能なエネルギ量とを比較し、全てキャパシタに回収可能であれば、バッテリ１２に充電することなく全回生エネルギを回収する。
よって、ＤＣ／ＤＣコンバータは、回生時（充電時）においては、キャパシタ電圧が目標電圧Ｖｃ＊になるように昇圧制御をおこない、キャパシタにエネルギを充電する。ただし、キャパシタ１３のＶｃが満充電に近くなった場合には、回生エネルギをバッテリ１２へ充電するように制御する。
なお、力行時における消費エネルギが少なく、キャパシタ１３の電圧Ｖｃが下がらない場合には、バッテリ１２に微少充電をおこない、キャパシタ１３のエネルギを消費してもよい。
このように、本実施形態によれば、回生時にバッテリ１２に大電流で充電することなく、殆どの回生エネルギをキャパシタ１３に回収することが可能となり、キャパシタの利用効率が向上する。なお、バッテリ１２を微少な電流値Ｉｂで充電する場合には、効率よくバッテリ１２を充電することができる。また、キャパシタ１３に充電されているエネルギが少なくなった場合、すなわちキャパシタ１３の電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂと同等以下になった場合には、バッテリ１２からキャパシタ１３へ充電するように制御する。
以上説明したように、本実施形態によれば、油圧ショベルが旋回に際して加速と停止を繰り返したり、ブームの上昇と下降を繰り返すような状況において、可能な限りキャパシタ１３を用いてエネルギの入出力をおこなう。これにより、従来のバッテリ（鉛蓄電池）に充放電を行う場合において回生時に発生する損失を低減することが可能となる。またバッテリの容量を少なくできるため小型化を図ることが可能であり、電源システムの利用効率を向上することができる。
（実施形態２）
次に第２の実施形態について説明する．
図６は、第２の実施形態に係る電源システムを搭載したフォークリフトを説明する図である。
図７は、図１に示す電源システム１の詳細及びフォークリフトにおける制御系を説明する図である。図７において、電源システム１は、バッテリ１２およびキャパシタ１３を備えている。バッテリ１２は、鉛蓄電池あるいはリチウムイオン電池であり、ここでは電圧が４８Ｖの鉛蓄電池を想定している。キャパシタ１３は、電気二重層コンデンサなどで構成することができ、容量は数十Ｆである。
インバータ４には、通常１５０Ａ程度の電流が流れ、負荷が大きい場合には３００Ａ〜４００Ａが流れることもある。バッテリ１２として鉛蓄電池を用いる場合、フォークリフトの作業量および１日の作業時間にもよるが、４００Ａｈ程度の容量が必要である。
フォークリフト２は、マスト７、フォーク８、アクセル、ブレーキ等のペダル９、走行用の交流モータ３ａを備える。交流モータ３ａの駆動力は、駆動輪１０に伝達され、駆動輪１０を駆動する。なお、交流モータ３ａの出力は、コントローラ１１からの指令により制御されるインバータ４により制御される。交流モータ３ａは、駆動輪に直接接続する構成でも、ギアを介して接続する構成でもよい。
交流モータ３ａは、モータ・ジェネレータであり、力行動作する場合にはモータとして駆動力を発生し、駆動輪１０によって駆動される場合には発電機として動作してエネルギを回生する。
インバータ４ａは、交流モータ３ａで発生する動力を任意に制御するために設けられている。すなわち、インバータ４ａは、力行時には電源システム１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して交流モータ３ａに供給する。インバータ４ａは、回生時には、交流モータ３ａが出力する交流電力を直流電力に変換し、電源システム１に供給する。
コントローラ１１は、ドライバが操作するアクセル９あるいはブレーキの操作量、あるいは各部品の状態に基づいて交流モータ３ａへのトルク指令などを計算し、車両を制御する。
フォークリフト２では、レバー６を用いてフォーク８のリフト動作およびティルト動作を操作する。リフト動作をおこなうために、交流モータ３ｂを備える。さらにフォークリフト２は、フォーク８を上下に昇降するために、モータの回転運動を上下方向の直線運動に変換するアクチュエータを備えている。フォーク８は２本１組の爪で構成されるため、交流モータ３ｂの出力は、アクチュエータに伝達され、図示しないカプラを介して２本の爪に分配され、コントローラ１１からの指令を受けたインバータ４ｂにより制御される。
フォークの上昇時には、インバータ４ｂにより交流モータ３ｂを駆動し、フォークの降下時には積み荷の位置エネルギにより交流モータ3ｂを発電機として駆動し、回生したエネルギを電源システム１に供給する。ここではリフト用の交流モータ３ｂを1個備えた構成の例を示したが、リフト用の左右の爪を、それぞれ交流モータ３ｂおよび交流モータ３ｃにより駆する構成、すなわち独立した直動型アクチュエータで昇降する構成としてもよい。この場合、２個の交流モータは対応して設けたそれぞれのインバータにより制御される。
なお、本実施形態においても図７に示すコントローラとして図２に示すコントローラを用いる。
この例においても、動作推定手段１９は、モータの回転数やトルク、アクセル９、ブレーキあるいはレバー６などの操作量、更にはフォーク８に搭載している荷重の情報をもとに、現在力行動作であれば次は回生、逆に現在回生動作であれば次は力行と、次の動作への変化点を推定する。
例えばアクセルを踏んでいる場合は走行中であり、次の動作は停車するための回生動作であると推定できる。また、レバー６の操作でフォーク８が上昇中の場合、次の動作はフォーク８が下降する動作であるため回生動作であると推定できる。このように走行時には、加減速を検出したり、荷役動作中には、リフトの上げ下げ動作を検出することにより、力行と回生の動作変化時点の推定が可能である。なお、このとき（現在の）走行あるいは荷役モータトルク、あるいはインバータの電流値と、あらかじめ取得して保持しておいた動作パターン情報から、いつ停止するための制動回生動作に変化するのかを（変化点を）推定することもできる。
本実施形態においては、フォークリフト２の動作や各コンポーネントの状態に応じて、キャパシタ１３の電圧Ｖｃが所望の値になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の電流を制御する。
図８は、フォークの上昇および下降時における各種の出力の変化を表す図であり、図８（ａ）は負荷出力、図８（ｂ）はバッテリ電流およびキャパシタ電流、図８（ｃ）はバッテリ電圧およびキャパシタ電圧、図８（ｄ）はバッテリおよびキャパシタの出力の変化を表している。
図８に示すように、フォークが上昇し始める区間（Ａ）においては、キャパシタ１３からエネルギを出力させるため、バッテリ１２に電流Ｉｂが流れないように目標電圧Ｖｃ＊を制御し、キャパシタ電圧Ｖｃを降下させる。キャパシタ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂまで下がった後の区間（Ｂ）では、バッテリ１２からもエネルギを供給する。
次に、フォーク下降時には、エネルギが回生されるが、この回生区間（Ｃ）では、バッテリ電流Ｉｂ＝０となるように、キャパシタ電圧Ｖｃを昇圧するように制御している。これにより、キャパシタ１３の電圧が上昇し、全ての回生エネルギをキャパシタで回収していることがわかる。
以上説明したように、フォークリフトが走行と停止を繰り返すような動作パターンにおいて、可能な限りキャパシタ１３を用いてエネルギの入出力をおこなう。これにより、従来の鉛蓄電池における回生時の損失を減らすことが可能となり、電源システムの利用効率が向上する。
以上の説明では、バッテリフォークが走行する際における走行用モータ３ａによる例を示したが、リフト用モータ３ｂ，３ｃの場合も同様である。リフト用モータ３ｂ，３ｃの場合には、フォークに荷物を載せた状態でフォークを上昇あるいは下降する場合と、荷物を載せた状態でフォークを上昇して、荷物を降ろしてから下降する場合など、状況が様々である。
このような場合においても、図３に示す動作推定手段１９において得られる操作レバーの情報を用いることにより、負荷（荷物）がある場合とない場合を推測することができる。例えばリフト動作と共にティルト動作が入った場合は、荷物を搭載しており、再度ティルト動作があった場合には荷物を降ろしたという状況などが推測できる。また、荷重センサを設けて、荷物の重量を計測することによって、リフト降下時にどれぐらいの回生エネルギが得られるのかを推定することができる。回生エネルギを事前に推定することによって、キャパシタ１３に全回生エネルギを回収できるか否かを判断することができる。また、走行用モータ３ａの場合と同様に、リフト用のモータの場合にも、フォークの上昇時および下降時に発生するエネルギの入出力を可能な限りキャパシタでおこなうことにより、電源システムの利用効率を向上することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、フォークリフトが走行と停止を繰り返したり、リフトの上昇と下降を繰り返すような場面において、可能な限りキャパシタ１３を用いてエネルギの入出力をおこなう。これにより、従来のバッテリ（鉛蓄電池）を利用した回生時の損失を減らすことが可能となり、効率が向上する。
なお、以上は油圧ショベルの旋回動作や掘削、フォークリフトの走行動作やリフト動作について説明してきたが、他の建設機械においても同様に適用することができる。例えば、ホイールローダにおける前進と後退、土砂の積載、積み降ろし動作などに適用できる。このように、建設機械では自動車と異なり凡その動作が定まっているため、適切にエネルギ収支を管理することができる。
１ 電源システム
２ フォークリフト
３ 交流モータ
４ インバータ
５ プラグ
６ 操作レバー
７ マスト
８ フォーク
１２ バッテリ
１３ キャパシタ
１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６ 力行／回生エネルギ推定手段
１７ キャパシタ入出力負荷エネルギ推定手段
１８ キャパシタ目標電圧演算手段
１９ 動作推定手段
２０ バッテリ入出力エネルギ演算手段

Claims (6)

  1. 充放電可能なキャパシタと、充放電可能なバッテリおよび前記キャパシタと力行及び回生可能な負荷とを接続する給電回路を備え、前記キャパシタに蓄積されたエネルギをインバータを介して負荷に給電し、負荷の回生エネルギを前記インバータを介してキャパシタに充電する電源システムを備えた建設機械又は産業車両において、
    前記負荷が電動モータであり、かつ、前記キャパシタはＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に接続され、該ＤＣ／ＤＣコンバータは該ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記キャパシタが充放電するエネルギを制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、モータの回転数とトルク、又は、インバータに供給されるＤＣ電流、又は、操作レバー情報、及び予め保持しておいた繰り返し作業における力行／回生の変化点を含む動作パターン情報に基づき、モータの力行／回生の変化点を含む動作パターンを推定する力行／回生動作推定手段を備え、この力行／回生動作推定手段が推定した変化点および動作パターンに基づいてキャパシタの目標電圧を、力行の場合は順次低くなるように、回生の場合は順次高くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータの出力指令値を制御するキャパシタ目標電圧演算手段を備えることを特徴とする電源システムを備えた建設機械又は産業車両。
  2. 充放電可能なキャパシタと、充放電可能なバッテリおよび前記キャパシタと力行及び回生可能な負荷とを接続する給電回路を備え、前記キャパシタに蓄積されたエネルギをインバータを介して負荷に給電し、負荷の回生エネルギを前記インバータを介してキャパシタに充電する電源システムを備えた建設機械又は産業車両において、
    前記負荷が電動モータであり、かつ、前記キャパシタはＤＣ／ＤＣコンバータを介して負荷に接続され、該ＤＣ／ＤＣコンバータは該ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記キャパシタが充放電するエネルギを制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、モータの回転数とトルク、又は、インバータに供給されるＤＣ電流、又は、操作レバー情報、及び予め保持しておいた繰り返し作業における力行／回生の変化点を含む動作パターン情報に基づき、モータの力行／回生の変化点を含む動作パターンを推定する力行／回生動作推定手段と、
    前記力行／回生動作推定手段が推定した動作パターンをもとに力行／回生エネルギを推定する力行／回生エネルギ推定手段と、
    該力行／回生エネルギ推定手段が推定したエネルギ、およびキャパシタ電圧にしたがって前記キャパシタに入出力すべきエネルギを演算するキャパシタ入出力エネルギ演算手段と、
    該キャパシタ入出力エネルギ演算手段が演算した入出力エネルギにしたがってキャパシタの目標電圧を力行の場合は順次低くなるように、回生の場合は順次高くなるように制御するキャパシタ目標電圧演算手段を備え、
    前記目標電圧に応じてＤＣ／ＤＣコンバータの出力指令値を制御することを特徴とする電源システムを備えた建設機械又は産業車両。
  3. 請求項１または２記載の電源システムを備えた建設機械又は産業車両において、
    前記制御手段は、前記力行／回生動作推定手段が推定した動作パターンに基づいてキャパシタの目標電圧を、力行と回生の変化点よりも前記制御手段の応答遅れ分だけ前に、力行と回生の間のエネルギロスに相当する電圧分をステップ状に変化させる命令を発行することを特徴とする電源システムを備えた建設機械又は産業車両。
  4. 請求項１または２記載の電源システムを備えた建設機械又は産業車両において、
    前記制御手段は、前記バッテリに入出力可能なエネルギを推定するバッテリ入出力エネルギ推定手段を備え、力行／回生エネルギ推定手段が推定した回生エネルギと前記キャパシタ入出力推定手段が推定した前記キャパシタへ回収可能なエネルギとを比較し、該キャパシタ入出力推定手段が推定した前記キャパシタが満充電に近くなった場合には、回生エネルギを前記バッテリへ充電するように前記キャパシタの目標電圧を演算し、この目標電圧に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力指令値を制御することを特徴とする電源システムを備えた建設機械又は産業車両。
  5. 請求項１または２記載の電源システムを備えた建設機械又は産業車両において、
    前記建設機械又は産業車両は、前記負荷と接続される前記充放電可能なバッテリを備え、前記制御手段は、力行／回生エネルギ推定手段が推定したエネルギおよびバッテリ電圧にしたがって前記バッテリに入出力すべきエネルギを演算するバッテリ入出力エネルギ演算手段を備え、前記力行／回生エネルギ推定手段が推定したエネルギ及び前記バッテリ入出力エネルギ演算手段が演算した入出力エネルギにしたがってキャパシタの目標電圧を演算し、この目標電圧に応じてＤＣ／ＤＣコンバータの出力指令値を制御することを特徴とする電源システムを備えた建設機械又は産業車両。
  6. 請求項１または２記載の電源システムを備えた建設機械又は産業車両において、前記建設機械又は産業車両は、前記負荷と接続される前記バッテリを備え、
    前記制御手段は、現在の作業状態が回生動作であるとき、前記キャパシタ電圧を昇圧するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御することを特徴とする電源システムを備えた建設機械又は産業車両。
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Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112008000589B4 (de) * 2007-03-23 2015-11-19 Komatsu Ltd. Energieerzeugungssteuerverfahren einer Hybridbaumaschine und Hybridbaumaschine
JP5100696B2 (ja) * 2009-04-09 2012-12-19 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械
EP2512901B1 (en) * 2009-12-17 2014-07-23 Renault Trucks Steering motors power supply method and power supply system adapted to such a method
US8362629B2 (en) * 2010-03-23 2013-01-29 Bucyrus International Inc. Energy management system for heavy equipment
JP5226733B2 (ja) * 2010-05-20 2013-07-03 株式会社小松製作所 ハイブリッド建設機械およびハイブリッド建設機械の蓄電器容量計測方法
JP2012082644A (ja) * 2010-10-14 2012-04-26 Hitachi Constr Mach Co Ltd 建設機械
KR101834592B1 (ko) * 2010-10-15 2018-03-05 히다찌 겐끼 가부시키가이샤 건설 기계
KR101763281B1 (ko) * 2010-12-07 2017-07-31 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 하이브리드 건설기계용 선회 제어시스템
CN102771044B (zh) * 2011-01-11 2015-08-19 丰田自动车株式会社 电机驱动***的控制装置
JP5356423B2 (ja) * 2011-01-21 2013-12-04 日立建機株式会社 旋回体を有する建設機械
ITBO20110226A1 (it) * 2011-04-27 2012-10-28 B P Battioni E Pagani S P A Apparecchiatura per il sollevamento ed il trasporto di un carico.
JP5488529B2 (ja) * 2011-05-17 2014-05-14 マツダ株式会社 車両の電源制御装置
US8606448B2 (en) * 2011-06-29 2013-12-10 Caterpillar Inc. System and method for managing power in machine having electric and/or hydraulic devices
US8909434B2 (en) * 2011-06-29 2014-12-09 Caterpillar, Inc. System and method for controlling power in machine having electric and/or hydraulic devices
JP5841399B2 (ja) 2011-10-14 2016-01-13 日立建機株式会社 ハイブリッド式建設機械及びその制御方法
CN102518168B (zh) * 2011-12-08 2015-04-08 上海三一重机有限公司 液压***控制装置及其控制方法及包括该装置的挖掘机
CN102535563A (zh) * 2011-12-30 2012-07-04 杭州杭重工程机械有限公司 船用抓斗挖掘机的节能装置
US9206587B2 (en) 2012-03-16 2015-12-08 Harnischfeger Technologies, Inc. Automated control of dipper swing for a shovel
JP6568475B2 (ja) * 2012-09-21 2019-08-28 ジョイ・グローバル・サーフェイス・マイニング・インコーポレーテッド 予測可能な作業サイクルを遂行する機械類のためのエネルギー管理システム
JP2014087115A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Kobe Steel Ltd 建設機械用２次電池保護回路
KR101988053B1 (ko) * 2012-12-26 2019-06-11 두산인프라코어 주식회사 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 장치의 충전 시스템 및 충전방법
KR102046178B1 (ko) 2013-01-24 2019-11-18 두산인프라코어 주식회사 전동기를 구비한 건설기계의 직류단 전압 제어 장치 및 그 방법
BR112015022018A2 (pt) * 2013-03-15 2017-07-18 Crown Equip Corp método para normalizar dados de desempenho de um veículo industrial
US9960396B2 (en) 2013-09-24 2018-05-01 Artisan Vehicle Systems Inc. Module backbone system
US10063069B1 (en) 2014-05-23 2018-08-28 Artisan Vehicle Systems Inc. Module maintenance system
KR102128385B1 (ko) * 2013-12-24 2020-06-30 주식회사 두산 엔진식 지게차의 전원 이상 감지장치 및 감지방법
JP6324072B2 (ja) * 2014-01-07 2018-05-16 株式会社Kcm ハイブリッド式ホイールローダ
US20170301477A1 (en) 2016-04-04 2017-10-19 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
US10340082B2 (en) 2015-05-12 2019-07-02 Capacitor Sciences Incorporated Capacitor and method of production thereof
US9899150B2 (en) 2014-05-12 2018-02-20 Capacitor Sciences Incorporated Energy storage device and method of production thereof
US10319523B2 (en) 2014-05-12 2019-06-11 Capacitor Sciences Incorporated Yanli dielectric materials and capacitor thereof
US10347423B2 (en) 2014-05-12 2019-07-09 Capacitor Sciences Incorporated Solid multilayer structure as semiproduct for meta-capacitor
CN105393450B (zh) * 2014-06-26 2017-12-19 三菱电机株式会社 定位控制装置
EP3239413B1 (en) * 2014-12-26 2019-11-06 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Shovel
US9932358B2 (en) 2015-05-21 2018-04-03 Capacitor Science Incorporated Energy storage molecular material, crystal dielectric layer and capacitor
ITUB20152573A1 (it) 2015-07-28 2017-01-28 Cvs Ferrari S P A Apparecchiatura per il sollevamento ed il trasporto di carichi, in particolare di corrispondenti containers
US10305295B2 (en) 2016-02-12 2019-05-28 Capacitor Sciences Incorporated Energy storage cell, capacitive energy storage module, and capacitive energy storage system
US20170232853A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Capacitor Sciences Incorporated Electric vehicle powered by capacitive energy storage modules
US10636575B2 (en) 2016-02-12 2020-04-28 Capacitor Sciences Incorporated Furuta and para-Furuta polymer formulations and capacitors
US20170236648A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Capacitor Sciences Incorporated Grid capacitive power storage system
US10566138B2 (en) 2016-04-04 2020-02-18 Capacitor Sciences Incorporated Hein electro-polarizable compound and capacitor thereof
US9978517B2 (en) 2016-04-04 2018-05-22 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
US10153087B2 (en) 2016-04-04 2018-12-11 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
US10395841B2 (en) 2016-12-02 2019-08-27 Capacitor Sciences Incorporated Multilayered electrode and film energy storage device
US10851521B2 (en) * 2017-03-07 2020-12-01 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Construction machine
JP6707065B2 (ja) * 2017-09-29 2020-06-10 日立建機株式会社 建設機械
CN110392641B (zh) * 2018-02-23 2022-12-16 日立建机株式会社 作业车辆的电力再生***
JP6881350B2 (ja) * 2018-02-28 2021-06-02 トヨタ自動車株式会社 スイッチトリラクタンスモータの制御装置
JP7149093B2 (ja) * 2018-03-30 2022-10-06 本田技研工業株式会社 車両電源システム
JP6922820B2 (ja) * 2018-04-13 2021-08-18 トヨタ自動車株式会社 電源制御装置
CN108944475A (zh) * 2018-06-28 2018-12-07 安徽合力股份有限公司 一种增程式电动叉车电气***
DE102020002352A1 (de) * 2019-04-25 2020-10-29 Fanuc Corporation Motorantriebsvorrichtung mit Energiespeicher

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003219566A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Komatsu Ltd ハイブリッド電源システム
JP2006059685A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池電源装置及び燃料電池電源装置の制御方法
JP2008297121A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Toyota Industries Corp フォークリフト

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US800801A (en) * 1902-03-10 1905-10-03 Austin C Dunham Type-writer escapement.
JP3794933B2 (ja) 2001-04-19 2006-07-12 三菱重工業株式会社 電源装置
JP4397739B2 (ja) * 2004-06-03 2010-01-13 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の電圧状態設定方法
JP4787539B2 (ja) 2005-05-20 2011-10-05 株式会社Ｉｈｉ 負荷駆動装置
JP4163222B2 (ja) * 2006-05-26 2008-10-08 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の電源システム
CN100491154C (zh) * 2006-06-07 2009-05-27 清华大学 一种车用燃料电池***输出功率的控制方法
DE112008000589B4 (de) 2007-03-23 2015-11-19 Komatsu Ltd. Energieerzeugungssteuerverfahren einer Hybridbaumaschine und Hybridbaumaschine
WO2008140359A1 (en) * 2007-05-10 2008-11-20 Volvo Construction Equipment Ab A method and a control system for controlling a work machine
JP4618814B2 (ja) * 2007-12-07 2011-01-26 本田技研工業株式会社 車両用電源装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003219566A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Komatsu Ltd ハイブリッド電源システム
JP2006059685A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池電源装置及び燃料電池電源装置の制御方法
JP2008297121A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Toyota Industries Corp フォークリフト

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